Eletromagnetismo: Campos, Correntes e Leis Fundamentais

Lei de Coulomb

A magnitude de cada uma das forças elétricas que interagem com duas cargas pontuais em repouso é diretamente proporcional ao produto da magnitude de ambas as cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

A lei de Coulomb é válida somente em condições estacionárias, ou seja, quando há um movimento de carga, ou, como uma aproximação, quando o movimento ocorre em baixas velocidades e em trajetórias retilíneas uniformes. É por isso que é chamada de força eletrostática.

Em termos matemáticos, a magnitude da força que cada uma das duas cargas pontuais e exerce sobre a outra, separadas por uma distância , é expressa como:

Dadas duas cargas pontuais e separadas por uma distância no vácuo, elas se atraem ou repelem com uma força cuja magnitude é dada por:

Campo Elétrico

O campo elétrico é um campo físico representado por um modelo que descreve a interação entre organismos e propriedades de sistemas com natureza elétrica ^[.], descrito matematicamente como um campo de vetores em que uma carga elétrica pontual de valor q sofre uma força dada pela seguinte equação:

Linhas de Força de um Campo Elétrico

Um campo elétrico pode ser representado por linhas de força e são úteis para estudá-lo.

As linhas de força em cada ponto indicam a direção do campo elétrico (E). Essas linhas nunca se cruzam, e quanto mais próximas elas estão, mais intenso é o campo elétrico. No entanto, devemos levar em conta que, para um dado campo elétrico, o número de linhas de força é o mesmo.

As linhas de força de um campo elétrico sempre começam em cargas positivas e terminam em cargas negativas.

Potencial Elétrico

O potencial elétrico em um ponto é o trabalho a ser realizado por uma força elétrica para mover uma carga q positiva de referência a esse ponto, dividido pela carga de teste da unidade. Em outras palavras, é o trabalho a ser realizado por uma força externa para trazer uma carga q unitária de referência para o local a ser considerado contra a força elétrica. Matematicamente, é expresso por: V = W / q

Corrente Elétrica

A corrente elétrica é um fluxo de elétrons que fluem através de um material.

Alguns materiais, como os "condutores", possuem elétrons livres que passam facilmente de um átomo para outro.

Estes elétrons livres se movem na mesma direção e, ao saltarem de um átomo para outro, tornam-se, em conjunto, uma corrente elétrica.

Para fazer este movimento de elétrons em um sentido ou direção, é necessária uma fonte de alimentação externa.

Quando o material é colocado entre dois corpos carregados eletricamente neutros com diferentes potenciais (que têm cargas diferentes), os elétrons se movem do corpo com maior potencial negativo para o corpo com maior potencial positivo. Veja a figura:

Os elétrons viajam do potencial negativo para o potencial positivo. Contudo, adota-se pela convenção que a direção da corrente elétrica vai do potencial positivo para o potencial negativo.

Isto pode ser visualizado como o espaço (lacuna) que o elétron deixa ao passar de um potencial negativo para um positivo. Esta lacuna é positiva (ausência de um elétron) e circula em sentido oposto ao do elétron.

A corrente elétrica é medida em ampères (A) e é simbolizada pela letra I.

Até agora tem sido um dado fluxo atual vai de um terminal para outro, continuamente. Nestefluxo de corrente é chamada corrente . Há outro caso em que o fluxo de corrente flui, alternadamente, por um lado uma maneira e depois o contrário. Neste tipo de corrente é chamada corrente alternada .

Magnetic Fields

O campo magnético é uma região do espaço em que uma carga elétrica que ponto o valor está se movendo a uma velocidade

Sofrendo os efeitos de uma força que é perpendicular e proporcional a velocidade eo campo. Assim, esta força recebe uma força descrita pela igualdade seguinte.

onde F é força, é a velocidade v e B do campo magnético, também chamado de indução magnética e densidade do fluxo magnético.

Movimento de uma partícula carregada em um campo magnético

Os campos eléctricos e magnéticos desviar a trajetória de duas cargas em movimento, mas fazê-lo de diferentes maneiras. Uma partícula carregada movendo em um campo elétrico (como são produzidos entre as duas placas de um capacitor plano dispostas horizontalmente) sofre uma força elétrica F _e na direcção do campo E, o que dobra o seu caminho. Se a partícula atinge o espaço entre as duas placas em uma direção paralela à placa de desviar + se a carga é negativa e para o - de outra forma, mas sempre no plano vertical, ou seja, perpendicular a ambas as placas. Este mapa é definido pelos vetores v e E.

Se as duas placas do capacitor é substituído pelos dois pólos de um ímã tipo ferradura, a partícula sofre uma força magnética F _m acordo com a regra da mão esquerda é perpendicular ao vetores V e B. Neste caso, a trajetória da partícula carregada é desviado no plano horizontal.

Lei de Faraday

A Lei de Faraday da indução eletromagnética (ou apenas a lei de Faraday) afirma que a tensão induzida é diretamente proporcional à velocidade com que as mudanças do fluxo magnético através de uma superfície com o circuito como uma fronteira.

Lenz Lei

Lei de Lenz diz que as tensões induzidas são, num sentido tal que opõem as variações do fluxo magnético que ocorreu. Esta lei é uma conseqüência do princípio da conservação da energia.

A polaridade de uma tensão induzida é tal que tende a produzir uma corrente cujo campo magnético é sempre contra as variações existentes campo produzido pela corrente original.

O fluxo de um campo magnético uniforme através de um circuito plano é dada por:

onde:

Φ = fluxo magnético . A unidade no SI é o weber (Wb).

B = indução magnética . A unidade SI é o tesla (T).

S = superfície do condutor .

α = ângulo para formar o condutor ea direção do campo .

Se o motorista estiver em movimento, o valor do fluxo será:

Neste caso, a Lei de Faraday, afirma que a V _ε induzida em cada momento vale a pena:

V _ε

O valor negativo da expressão acima indica que o _ε V se opõe à mudança de fluxo que ocorre. Este sinal corresponde à lei de Lenz.

Geradores

Um gerador é um dispositivo capaz de manter uma diferença de potencial de energia elétrica entre dois pontos, chamadospólos, terminais ou terminais . Geradores elétricos são máquinas destinadas a transformar a energia mecânica em eletricidade . Esta transformação é realizada pela ação de um campo magnético sobre condutores elétricos organizados em um quadro (também chamado estator). Se parente movimento mecanicamente entre os condutores eo campo vai gerar uma força eletromotriz (FEM). Baseiam-se na lei de Faraday .

Motores

Um motor é parte de uma máquina capaz de transformar qualquer tipo de energia ( elétrica , de combustíveis fósseis, etc.) em energia mecânica capaz de executar uma tarefa . Em automóveis neste sentido é uma força que produz movimento.